Indietro

ⓘ Fotocamera digitale




Fotocamera digitale
                                     

ⓘ Fotocamera digitale

Una fotocamera digitale è una fotocamera che utilizza, al posto della pellicola fotosensibile, un sensore in grado di catturare limmagine e trasformarla in un segnale elettrico di tipo analogico. Gli impulsi elettrici vengono convertiti in digitale da un convertitore A/D, nel caso del CCD in un chip di elaborazione esterno al sensore, nel caso del CMOS, direttamente dal sensore, avendo implementato al suo interno anche il convertitore A/D, in entrambi i casi viene generato un flusso di dati digitali atti ad essere immagazzinati in vari formati su supporti di memoria.

                                     

1. Storia

Il primo prototipo si ha nel 1975 e venne ideato da Steven Sasson, un ingegnere della Kodak, sfruttando un sensore CCD; mentre la presentazione ufficiale di una macchina digitale si ha nel 1981 con la Sony Mavica, la quale registra le immagini su floppy-disk; mentre la prima macchina completamente digitale si ha nel 1988 con la Fuji DS-1P, che registra le immagini su flash card removibili e usa un sensore CCD.

                                     

2.1. Descrizione Risoluzione

Secondo le regole attuali di mercato un parametro distintivo delle fotocamere è quello del numero di pixel. Per ottenere una buona fotografia risulta essere importante unottica di qualità, un sensore che abbia un buon rapporto segnale/rumore, una buona gamma dinamica ed infine in funzione delle esigenze di stampa si sceglierà la risoluzione del sensore.

Una macchina fotografica non "ha" una "sua risoluzione". Si definisce tale la quantità di pixel prodotti in uscita dal sensore. In fotografica invece spesso conta la profondità di risoluzione, che è data dal numero di punti per pollice lineare, e che viene decisa in fase di stampa. Ovviamente fotocamere con sensori più sofisticati, produrranno immagini con più informazioni e che quindi potranno essere stampate con un numero di pixel per pollice maggiore, a parità di dimensioni di stampa, delle immagini prodotte da un sensore meno efficiente.

                                     

2.2. Descrizione Interpolazione

Altro parametro a cui andrebbe rivolta una certa importanza da chi della fotografia vuol fare qualcosa più di un hobby è la questione dellinterpolazione. Tale tecnica matematica viene infatti utilizzata in due modalità diverse a volte contemporaneamente sulla stessa fotocamera:

  • nelle fotocamere a bassa risoluzione si utilizza per generare dei pixel ulteriori a quelli catturati dal sensore generandone il valore di cromia per portare ad esempio una risoluzione di una fotocamera da 3 Mpixel a 4 Mpixel. Il procedimento in realtà non aggiunge informazioni vere allimmagine, ma rende meno evidente la quadrettatura dovuta al pixel se si volesse ingrandire limmagine oltre il consentito. È un procedimento usato anche negli scanner attraverso unelaborazione software.
  • In tutte le fotocamere che adottano un sensore con Color Filter Array si usa linterpolazione per generare in ogni pixel le due componenti cromatiche mancanti, in questo caso si tratta propriamente di interpolazione cromatica.

In merito a questultima modalità infatti va detto che il sensore - composto da milioni di elementi fotosensibili - solo nel suo complesso cattura informazioni riguardanti le tre componenti RGB Red-Green-Blue Rosso-Verde Blu che compongono la luce della scena focalizzata sulla sua superficie. Quasi tutti i sensori, anche se con modalità diverse, hanno i photosite che normalmente hanno un solo photodetector per photosite che catturano una sola componente cromatica della luce. Sulla superficie del sensore infatti è collocato un filtro a mosaico denominato Color Filter Array CFA, il più diffuso è di tipo Bayer che a sua volta può presentare diverse varianti sul numero dei colori che vengono filtrati 3 o 4 e sulla disposizione dei colori sul mosaico. Il più comune è quello denominato GRGB che ha il 50% dei photodetector che catturano il Verde G, il 25% che catturano il Rosso R ed il rimanente 25 % che catturano il Blu B. Per ottenere una adeguata fedeltà cromatica dellintera immagine, ogni pixel registrato in un file grafico a colori fa eccezione il file di tipo Raw deve contenere le informazioni cromatiche di tutte e tre le componenti RGB della luce incidente su ogni pixel. Questo perché la riproduzione delle immagini luminose avviene per mescolanza additiva delle tre componenti primarie della luce. Poiché ogni photodetector ne cattura solo una di queste R, G o B, non può fornire tutti i dati per la formazione del pixel, così le altre due informazioni cromatiche vengono calcolate dal processore dimmagine attraverso un procedimento matematico algoritmo di demosaicizzazione – demosaicing. Solo così il pixel, inteso come raggruppamento dei dati cromatici della più piccola porzione che forma limmagine, può concorrere ad una rappresentazione fedele dei colori dellimmagine.

Diversamente avviene per. es. in alcuni scanner ed in alcune fotocamere dove:

  • e nei quali la risoluzione vera è quella ottica, non quella ottenibile via software,
  • linterpolazione serve ad aumentare in modo artificiale il numero di pixel senza che vi sia riferimento a nessun oggetto reale;

nelle fotocamere digitali il processo interpolazione cromatica comune a tutte quelle dotate di CFA consiste nel calcolare il valore delle due componenti cromatiche mancanti su ogni pixel a partire normalmente dai valori contigui al pixel in questione aventi la stessa componente cromatica che si intende calcolare. Lapprossimazione – peraltro abbastanza precisa - è quindi sul dettaglio cromatico dellimmagine e si consideri che comunque una delle tre componenti è realmente rilevata da ogni pixel. Al momento aprile 2009 in commercio risulta esservi un solo sensore, prodotto da Foveon, che cattura le tre componenti RGB su un unico photosite. Questo viene montato su alcuni modelli di fotocamere, ma la sua diffusione è più ridotta rispetto ai sensori dotati di C.F.A. Una precisa distinzione fra pixel, photosite e elemento unitario fotosensibile = photodetector) si trova nel paragrafo Numero di Pixel e qualità delle immagini della voce correlata fotografia digitale. Invece un approfondimento sulle diverse modalità di formazione delle immagini nelle fotocamere digitali, sulla formazione dei file delle immagini per interpolazione in base alle esigenze di profondità colore e sulla elaborazione dei file Raw, si trova alla voce Raw fotografia



                                     

2.3. Descrizione Risoluzioni e Megapixel

In tabella alcune delle risoluzioni più diffuse, con alcune delle fotocamere che li utilizzano:

                                     

2.4. Descrizione Dimensioni fisiche del sensore

Il sensore ottico digitale ha determinate misure, che non sono proporzionali con la risoluzione del sensore, anche se determinate dimensioni del sensore ne limitano la risoluzione massima.

I Sensori possono avere dimensioni fisiche paragonabili al sistema analogico su pellicola 35 mm Full Frame di 24x36 mm, ma anche di tipo APS Advanced Photo System con i corrispettivi digitali APS-C 24x16 mm e APS-H 27x18 mm, tipicamente usati nelle fotocamere Reflex e Mirrorless. Esistono anche altri Sensori con dimensioni inferiori: quello più conosciuto è circa 1/4 della superficie Full, ma con un formato 4/3 17.3x13 mm, infatti vengono nominati Micro Quattro Terzi MTF, mentre laltro con dimensione 1" 13.2x8.8 mm è in formato 3/2 o Fotografico. La maggior parte dei sensori per le "Compatte" o tascabili vengono classificati in frazioni di pollice 1/2.5", 1/1.8", 1/1.7" e 1/1.6" in quanto derivati dalla Video-ripresa CRT di qualche anno fa 1980 e dove il formato è 4/3, ma la dimensione reale è circa 2/3 della dimensione nominale in Pollici: un sensore nominale da 1/2.5" in realtà misura circa 5.4x4 mm ed è quello con le dimensioni minori. Ad un livello Professionale si trovano i Sensori Medio Formato con dimensioni da 33x44 mm a 56x42 mm in vari formati: 1/1, 3/2 e 4/3.

                                     

3. Memorie

Una volta convertito il segnale in arrivo dal sensore CCD o C-MOS ed elaborato dal processore dimmagine, la fotocamera registra un file contenente limmagine scattata su una memoria gestibile dallutente. Alcune fotocamere economiche dispongono di una memoria interna di salvataggio immagini, alla quale normalmente è sempre possibile aggiungerne una esterna.

Dal punto di vista tecnologico - quel punto di vista che specificamente si occupa di conoscere la modalità di immagazzinamento dei dati elementari su un supporto di memoria - va detto che il tipo di memorie prevalentemente usato è di tipo EEPROM flash Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory - flash. La tecnologia "flash" consente di accedere alle celle di memoria per blocchi, o aree, rendendo più rapido il processo di lettura-scrittura-cancellazione). Per questo occorre distinguere fra la tecnologia costruttiva degli elementi di memorizzazione e i formati con cui vengono prodotte le schede di memoria. I formati di scheda di memoria realizzati con celle a semiconduttore utilizzati dalle case costruttrici di fotocamere digitali, sono principalmente:

  • CompactFlash
  • Compactflash Ultra Speed
  • Compactflash Extreme III
  • Compactflash Ultra II
  • Compactflash Ultra
  • Memory Stick
  • MultiMedia MMC
  • mini-SD
  • SD secure digital
  • TransFlash o micro-SD
  • SmartMedia
  • XD - xD tipo M - xD tipo H foto panoramiche per le Olympus e Fujifilm

Vi sono poi schede di memoria come la seguente:

  • Microdrive

le quali non sono riconducibili a celle a semiconduttore, bensì a supporti magnetici dello stesso tipo degli hard disk dei PC, ma che per contro adottano lo stesso formato delle memorie a semiconduttore. Nel caso delle Microdrive il formato è quello delle C.F. CompactFlash

Invece altri formati, inoltre, come il:

  • miniCD-ROM

fanno riferimento ad un supporto ottico di memorizzazione mini-CD. Tecnica di memorizzazione oggi sostanzialmente abbandonata, ma che prevedeva nelle fotocamere lincorporazione di un masterizzatore per mini-CD.

Un elenco completo può essere trovato alla voce Scheda di memoria.



                                     

4. Formati di salvataggio delle immagini

I formati utilizzati nelle fotocamere digitali per il salvataggio delle immagini sono:

  • TIFF: formato in grado di salvare immagini senza perdita di informazioni. Il salvataggio può essere non compresso o compresso di tipo LOSSLESS. Si può osservare come questo formato, se si sfrutta la compressione, produca immagini identiche alle BMP ma della dimensione di una BMP compressa con ZIP.
  • Raw: formato utilizzato dai professionisti e dai fotoamatori evoluti. Una fotocamera settata per salvare il formato Raw di una istantanea salverà nella memoria utente esattamente loutput digitalizzato ottenuto dal sensore della fotocamera stessa, senza alcun tipo di modifica se non la conversione Analogico/Digitale conversione A/D. I dati dovranno essere quindi ricomposti su un computer secondo specifici protocolli della casa madre definiti per lo specifico sensore utilizzato. Solo successivamente le immagini così ricomposte ed eventualmente regolate in luminosità ed altro, saranno convertibili ed utilizzabili in qualsiasi formato conosciuto.
  • BMP: formato di salvataggio poco utilizzato, per via del fatto che il file è di dimensioni piuttosto elevate. Le immagini possono essere salvate con una profondità di colore di 16, 24 e 32 bit senza nessun tipo di compressione.
  • JPG: il più usato nelle fotocamere economiche. Permette di salvare grandi immagini in file di piccole dimensioni, pur perdendo dettagli allocchio impercettibili ma che rischiano di diventare evidenti in caso sia necessario effettuare successive manipolazioni di fotoritocco allimmagine salvata. Si tratta di un formato compresso di tipo LOSSY, ovvero con perdita di dati.
                                     

4.1. Formati di salvataggio delle immagini Vantaggi dei file Raw

Il principale vantaggio del Raw va ricercato nella modalità di registrazione del file e nelle possibilità di elaborazione che esso offre successivamente allo scatto. Un file Raw durante la conversione da analogico a digitale è normalmente campionato almeno a 12 bit per canale R,G o B. Ognuno dei canali cromatici a questo livello della elaborazione è ancora incompleto avendo solo i segnali raccolti dai photodetectors e non anche quelli generati per interpolazione. Alcune fotocamere di alto livello producono file Raw con campionamento a 16 bpp e, come si è visto, questa è una sola delle tre componenti del pixel. I software di elaborazione dei file RAW hanno la possibilità quindi di produrre file grafici RGB a 48 bpp. Per questa elevatissima profondità colore il file si presta ad elaborazioni anche abbastanza spinte senza che la qualità e dettaglio di immagine degradino troppo. Si consideri che normalmente la generazione del file TIFF o del file JPG avviene a profondità colore di 24 bpp che equivale ad 8 bpp per ognuno dei canali RGB quindi per la stampa è normalmente richiesto un dettaglio cromatico =profondità colore molto minore. Tale caratteristica tecnica dei file Raw permette una lavorazione in studio delle immagini senza alterarne la qualità. Ma non solo. Lutilizzo dei file RAW consente addirittura di apportare in un secondo momento con elaborazioni in studio dei miglioramenti significativi alla qualità dellimmagine scattata, potendo per esempio aggiustare il bilanciamento del bianco, ridurre eventuali aberrazioni cromatiche degli obiettivi, ottimizzare lesposizione con un campo di variazione abbastanza elevato, applicare filtri antirumore, ecc.

È invece secondaria e fuorviante la ragione che vede nel file Raw la possibilità di compiere scatti in rapida successione chiamata anche "funzione di scatto a raffica" delle fotocamere, anche perché tale funzione delle fotocamere viene svolta molto più rapidamente con altri formati come il JPG. Usando questa funzione infatti la fotocamera ha necessità di tenere in memoria i dati delle immagini scattate nella raffica. Quindi, per questo, occorre integrare nella fotocamera una sorta di memoria di servizio buffer dove parcheggiare le immagini prima della loro scrittura nella scheda di memoria. Poiché le immagini JPG, anche se composte in alta qualità, hanno una dimensione di circa 1/4 della stessa immagine in Raw, lo svolgimento di tale funzione non comporta limpiego di una grande quantità di memoria interna. Quindi tale funzione in JPG è molto frequente trovarla nelle fotocamere anche di fascia medio-bassa. A questo proposito si consideri che il tempo di registrazione dellimmagine nella scheda di memoria è normalmente molto superiore a quello che impiega il processore dimmagine ad elaborare i dati grezzi in arrivo del sensore per formare limmagine JPG. Dunque, complessivamente, il tempo impiegato dalla fotocamera per svolgere la funzione di scatto a raffica è comunque minore in JPG rispetto al formato Raw.

Nonostante queste caratteristiche della funzione che permette scatti in rapida successione, vi sono fotocamere professionali, semi-pro, e compatte-prosumer di fascia alta, che presentano questa possibilità di registrare immagini in Raw con scatto a raffica. Tale diffusione è stata agevolata dal progressivo calo di costo delle celle di memoria che ha reso economicamente vantaggioso aumentare questa memoria buffer interna alle fotocamere. Questo fatto ha reso disponibile la funzione di scatto in rapida successione anche in fotocamere digitali non professionali che comunque possiedono prestazioni tali da far valutare positivamente tale funzione. Va detto tuttavia che nonostante luso dello scatto a raffica non sia così frequente come lo scatto singolo, tale funzione è apprezzata dai professionisti e dai fotoamatori evoluti.

Inoltre tale funzione di scatto a raffica in Raw è conseguenza anche del miglioramento dellelettronica delle fotocamere che ha reso più veloce le procedure di elaborazione e di trasferimento delle immagini. Nellutilizzo dei file Raw occorre tenere presente che:

  • nel caso invece dello scatto a raffica da tre in poi i dati Raw delle immagini scattate in rapida successione vengono trattenuti in una memoria interna "di servizio" della fotocamera buffer. Per svolgere questa funzione occorre però dotare la fotocamera di una sufficiente quantità di memoria interna che dovrà essere tanto maggiore quanto maggiore è la dimensione del file Raw e quanto maggiore è il numero degli scatti della raffica.
  • la memorizzazione di un file Raw ha una dimensione elevata dunque richiede più tempo per la sua registrazione nella scheda di memoria. Molto più rapida è la memorizzazione di un file JPG, registrato anche in alta qualià dimensioni elevate del file. Questo comporta leffetto finale secondo cui il tempo per registrare un file JPG è molto più basso rispetto a quello necessario per registrare un file Raw. E questo è valido anche se si considera che il processore dimmagine interno alla fotocamera spende un po più di tempo per la formazione del file JPG a partire dai dati grezzi dimmagine.

Una descrizione dettagliata dei file Raw si trova nella voce correlata Raw.

                                     

5. Differenze

Una fotocamera digitale è in quasi tutti gli aspetti esattamente identica ad una fotocamera convenzionale, se non per il fatto che invece della pellicola fotografica in rullino usa un sensore elettronico che può essere di diversi tipi. Questo acquisisce limmagine che successivamente viene convertita in una sequenza di informazioni digitali ed adeguatamente elaborate andranno a formare un file archivio.

In particolare per le macchine digitali vale come per quelle analogiche, e con lo stesso significato, la distinzione fra fotocamera compatta e reflex. Vi sono comunque formati di fotocamera chiamati "bridge" che hanno caratteristiche funzionali e di qualità immagine estremamente vicine, o a volte superiori alle fotocamere reflex digitali di fascia bassa, pur avendo un obiettivo fisso come le compatte. Allinconveniente dellottica non intercambiabile alcuni produttori hanno ovviato introducendo in commercio fotocamere "bridge" con ottiche zoom con ampia escursione focale da 28 mm equiv. fino a 400 mm equiv. benché la qualità intrinseca di queste ottiche non possa raggiungere quella delle ottiche di maggior prestigio dedicate agli usi professionali.

La presenza di un obiettivo fisso rende dunque sicuramente meno flessibile luso della fotocamera in contesti applicativi diversi, ma in positivo cè da registrare il fatto che non esponendo linterno della fotocamera e quindi il sensore allaria durante il cambio di obiettivo, si evita laccumulo di polvere sul sensore, fatto questo che porta ad avere un degrado della qualità delle immagini riprese.

                                     

6. Fotocamere usate come videocamere

AVI, MOV, RealMedia: questi formati di file vengono utilizzati dalla maggior parte delle fotocamere in commercio per realizzare piccole sequenze video. La durata dei video così prodotti è solitamente limitata difficilmente superiore ad alcuni minuti se si impiega la limitata memoria interna, a causa degli algoritmi di compressione e dei codec video impiegati, semplici e quindi veloci viste le ridotte capacità di calcolo dellhardware presente, ma non particolarmente performanti in termini di compressione. Tale caratteristica è di facile realizzazione data la natura dellarchitettura delle fotocamere digitali, ma non si deve pensare che tali filmati possano essere equiparabili a quelli prodotti da videocamere digitali o analogiche: le modalità di otturazione, il buffer utilizzato dal CCD, la natura del software della fotocamera le tipologie di ottiche impiegate nelle prime generalmente non consentono di realizzare filmati comparabili con quelli prodotti dalle seconde. Le stesse risoluzioni dei filmati, solitamente derivati dalle risoluzioni VGA dei computer o da loro frazioni, rispetto a quelle delle videocamere derivate dalle risoluzioni televisive, e un audio spesso con frequenze di campionamento molto ridotte, indicano un impiego pensato più per linformatica e la pubblicazione via web che la produzione audiovisiva.

Tale limitazioni, seppur ancora molto diffuse, sono però in fase di riduzione: in alcuni dispositivi è stato predisposto un sistema di codifica tale per cui i filmati vengono direttamente compressi con algoritmi più efficienti come il DivX, in grado quindi di rendere il sistema adatto a registrare filmati di maggiore durata. Laumento delle dimensioni delle memorie esterne allo stesso tempo garantisce maggiore spazio a disposizione per i file video, indipendentemente che questi usino un algoritmo efficiente o meno ovviamente nel primo caso il guadagno in tempo di registrazione è ancora maggiore. Recentemente si stanno diffondendo fotocamere di fascia alta in grado di riprendere in full HD nel codec H.264, con un bit/rate di 46Mb/s massima. I limiti sono ancora nella durata della registrazione con simili bitrate anche le memorie di dimensioni maggiori sono insufficienti per filmati di lunga durata e nellergonomia dellimpugnatura, non ideale per la stabilità di ripresa.

Prova del fatto che le fotocamere siano diventate quasi intercambiabili con le videocamere è il fatto che si cominciano a vedere le prime serie TV riprese in digitale con fotocamere, come è stato per esempio per lultimo episodio della sesta stagione di Dr. House - Medical Division, che è stato girato con una Canon 5D Mark II.



                                     
  • La Canon EOS - 1Ds Mark II è una fotocamera reflex digitale DSLR professionale presentata dalla Canon il 21 settembre 2004. È una macchina con sensore
  • La Fujifilm FinePix S3 Pro era una fotocamera digitale reflex a lente singola con ottica intercambiabile entrata in commercio nel febbraio 2004, in sostituzione
  • è una fotocamera reflex digitale DSLR presentata dalla Canon il 24 agosto 2006 è chiamata Digital Rebel XTi in Nord America e Kiss Digital X in Giappone
  • La Olympus C - 350 Zoom è una fotocamera digitale compatta da 3.2 megapixel prodotta nel 2003. La fotocamera utilizza un sensore CCD da 3, 2 megapixel 2048x1536
  • La Pentax K - 3 è una fotocamera reflex digitale professionale ad obiettivi intercambiabili, dotata di un sensore del formato APS - C da circa 24 megapixel
  • decine di diversi formati RAW utilizzati in fotografia digitale Poiché le diverse fotocamere digitali di fascia alta producono ciascuna un diverso formato
  • La fotocamera compatta è una fotocamera non modulare e quindi con obiettivo non intercambiabile sia zoom, che a focale fissa spesso di dimensioni ridotte

Anche gli utenti hanno cercato:

fotocamera digitale usata,

...
...
...